Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

Диаметр наплыва (2 а0) определяли после сошлифовывания на­ плыва наждачной бумагой по остающемуся на образце следу.

В результате дальнейших исследований было установлено, что вместо специального конуса с углом при вершине 90° может быть применен обычный алмазный конус прибора Роквелла с углом при вершине 120° С. Кроме того, диаметр наплыва можно опреде­ лять при помощи микроскопа с небольшим увеличением (в про­ веденном исследовании использовалось 32-кратное увеличение), снабженного окуляром с прозрачной шкалой.

Для косвенного определения относительного удлинения б предложен следующий метод: измеряют диаметр d отпечатка и диаметр 2а0 наплыва при вдавливании в испытываемый образец шарика диаметром 5 мм под нагрузкой 750 кгс; б10 определяют

На значительном экспериментальном материале был разра­ ботан и проверен способ косвенного определения относительного сужения по формуле

твердость методом царапины (наносимой алмазным конусом при­ бора Роквелла под нагрузкой 8 кгс на полированную пластину испытываемого металла с плоскопараллельными поверхностями); SL— истинное напряжение, соответствующее 15,2% напряжения относительного сжатия и равное 0,32 HL\ HL — твердость, опре­ деляемая при вдавливании конуса с углом при вершине 90°.

М. П. Марковец и В. Г. Борисов предложили уточнить метод косвенного определения ф, внеся поправки в зависимость b (SK), учитывающие то обстоятельство, что царапина образуется в ре­ зультате одновременного выдавливания и среза испытываемого металла.

В турбостроении методы косвенного определения механических свойств могут иметь практическое значение, особенно для анализа повреждений, главным образом при контроле сталей, из которых изготовляют лопатки, паропроводы и другие детали.

Косвенные методы определения прочностных характеристик металла применяют на тепловых электростанциях. Эту работу систематически проводят лаборатории металлов ряда районных

23

энергоуправлений. Московским энергетическим институтом раз­ работан метод косвенного определения предела прочности и пре­ дела текучести при помощи переносного прибора непосредственно на роторах, валах, трубах паропроводов и других деталях.

Применительно к высокохромистым сталям 1X13 и 2X13, широко используемым для изготовления лопаток турбин, автором, совместно с Б. П. Захаровым и Ю. В. Козловой, проведено иссле­ дование, позволившее рекомендовать весьма простые методы опре­ деления механических свойств без испыта­

на приборе Роквелла стандартный алмазный конус под нагрузкой

пом, имеющим окуляр с прозрачной шкалой.

Зависимость ат (1Id), полученная по первой формуле, приведена на рис. 9. Средняя ошибка определения от по указанным формулам составляет 1—2%.

б) Предел прочности можно определить, вдавливая на приборе Роквелла в испытываемый металл под нагрузкой 150 кгс алмазный конус. По шкале В (а не С, как обычно делают при определении твердости вдавливанием алмазного конуса) определяют величину условной твердости, обозначаемой RB 120°. В результате исследо­

24

вания была получена (рис. 10) зависимость между значениями условной твердости RB 120° и величинами предела прочности а„. При определении ав таким методом средняя ошибка составила 1,1 %.

в) Относительное удлинение можно получать, вычисляя отно шения (Ріа и по кривой (рис. 11), определяя б5 для испытываемого металла. Средняя ошибка в этом случае составляет 1,1%.

<?0,хгс/ммг

Пользуясь приведенными зависимостями, можно, сделав один отпечаток алмазным конусом на приборе Роквелла, определить прочность и пластичность сталей 1X13 и 2X13.

Предложенный метод был успешно применен на одном из турбо­ строительных заводов для определения пригодности большой партии (несколько тысяч штук) окончательно изготовленных ло­ паток турбин. После проверки их механических свойств указан­ ными косвенными методами лопатки были установлены в турбины, где надежно работали.

Испытания на ударную вязкость. Одним из важнейших требо­ ваний, предъявляемых к металлам, используемым в турбостроении, является требование достаточной вязкости, исключающей воз­ можность разрушения детали без предшествующей значительной

25

пластической деформации. Нередки случаи, когда сталь обнару­ живает достаточную вязкость при статическом приложении на­ грузки и склонность к хрупкому разрушению при динамическом нагружении вследствие наличия концентраторов напряжений и других факторов. Поэтому, выбирая или контролируя металлы для ответственных деталей турбин, необходимо иметь представление о вязкости металла при больших скоростях деформации в условиях ударного нагружения. Это особенно важно для деталей роторной группы, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться

воздействию резко возрастающих на­ грузок.

В промышленности широко при­ меняют испытания на ударную вяз-

\кость, которые позволяют оценить способность металла противостоять

«Щ1 КЩ1

кость является более чувствительной характеристикой, чем характеристики статических свойств, определяемые при растяже­ нии. Ударная вязкость существенно изменяется в зависимости от структурного состояния стали, величины ее зерна, степени раскисленности и загрязненности посторонними примесями. Поэтому результаты испытаний на ударную вязкость полезны для оценки правильности технологического процесса производ­ ства стали и ее термической обработки.

Недостатком испытаний на ударную вязкость является невоз­ можность определения напряжения металла и получения харак­ теристик, которые могли бы быть использованы как расчетные. Поэтому мерилом вязкости металла при динамическом нагружении и критерием его сопротивляемости удару является работа, затра­ чиваемая на разрушение образца.

Наибольшее применение нашли испытания на ударную вяз­ кость образцов с надрезом, осуществляемые на копрах маятнико­ вого типа. На рис. 12 представлена схема испытания, а на

26

рис. 13 — форма и размеры одного из наиболее часто применяемых для таких испытаний образцов. Надрез образца создает объемное и неравномерно напряженное состояние металла, затрудняет раз­ витие пластической деформации и является эффективным сред­ ством получения хрупкого разрушения. Характеристикой удар­ ной вязкости служит удельная работа удара ап (в кгсм/см2) или отношение работы А п (в кгсм), затраченной на разрушение образца, к первоначальной площади F (в см2) поперечного сече­ ния образца в месте надреза:

Работа удара к площади поперечного сечения образца в месте надреза отнесена условно, так как удар маятника воспринимается определенным объемом образца вокруг надреза. Величина той части объема образца, которая претерпела деформацию, тем зна­ чительнее, чем более способен металл к рассредоточению пласти­ ческой деформации. Поэтому следовало бы относить работу дина­ мического разрушения к единице деформированного объема. Однако определить величину деформированного объема весьма сложно, и при испытаниях на ударную вязкость этого не делают.

Результаты испытаний на ударную вязкость при надрезе образ­ цов не подчиняются закону подобия. Надежное сравнение этих результатов возможно только в случае использования образцов одинаковой формы и размеров. Образцы для испытаний необхо­ димо изготовлять очень тщательно. Особое внимание должно быть уделено выполнению надреза.

Образцы для испытаний на ударную вязкость металлов и за­ готовок отбирают, как правило, из тех жё участков, что и для испытаний на растяжение. Величину допускаемой минимальной ударной вязкости нельзя определить расчетом. Ее устанавливают для каждой марки стали на основе опытных данных и результатов исследований, в которых характеристики ударной вязкости опре­ деляют для различных вариантов термической обработки, а затем увязывают с другими показателями механических свойств стали при нормальной и при высоких температурах.

Оценивая результаты испытаний на ударную вязкость, сле­ дует обращать внимание не только на величину работы удара, но и на вид излома разрушенного образца. При высокой ударной вязкости излом очень мелкозернистый, матовый, серого цвета; форма его поверхности неправильная, есть участки, как бы выр­ ванные из другой половины образца. При низкой ударной вяз­ кости излом крупнозернистый, блестящий (частично или по всему сечению образца), форма поверхности плоская, как будто образец при испытании подвергали не изгибу, а срезу. Признаков пласти­ ческой деформации материала в этом случае не наблюдается.

27